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Optimización de bandejas biodegradables con almidón de papa residual
(Solanum tuberosum) y harina de residuos de maracuyá (Passiflora
edulis) por termoformado
Optimization of biodegradable trays with residual potato starch (Solanum tuberosum) and passion fruit waste
flour (Passiflora edulis) by thermoforming
Any Córdova-Chang
acordova@uns.edu.pe
Universidad Nacional del Santa, Perú
Elsa Aguirre
eaguirre@uns.edu.pe
Universidad Nacional del Santa, Perú
Resumen
El objetivo de esta investigación fue optimizar la formulación de bandejas biodegradables
elaboradas a partir de almidón de papa residual (Solanum tuberosum) y harina de residuos de
maracuyá (Passiflora edulis) mediante la técnica de termoformado. El estudio, de enfoque
hipotético-deductivo, diseño básico, transversal y alcance explicativo, aplicó una
metodología de diseño de mezclas con 15 corridas experimentales. La muestra estuvo
constituida por 5 kg de almidón de papa y 5 kg de harina de maracuyá. El análisis estadístico
se realizó con el software Design Expert 13 mediante ANVA y optimización numérica,
mientras que la representación gráfica se efectuó con Statistica 10. Los resultados mostraron
una formulación óptima compuesta por 45.1% de almidón, 5.3% de harina de maracuyá y
49.7% de agua, alcanzando alta dureza, baja fracturabilidad y adecuadas propiedades físicas.
Los modelos cuadráticos y lineales presentaron elevada confiabilidad (R² > 0.90). Se
concluye que la combinación de almidón de papa residual y harina de maracuyá permite
obtener bandejas biodegradables con propiedades mecánicas y funcionales satisfactorias,
constituyendo una alternativa viable y sostenible frente a los envases plásticos
convencionales.
Palabras claves: almidón de papa, residuos agroindustriales, biodegradabilidad,
termoformado, envases sostenibles.
Abstract
The objective of this research was to optimize the formulation of biodegradable trays made
from residual potato starch (Solanum tuberosum) and passion fruit residue flour (Passiflora
edulis) using thermoforming. The study, with a hypothetical-deductive approach, basic
design, cross-sectional scope, and explanatory level, applied a mixture design methodology
with 15 experimental runs. The sample consisted of 5 kg of potato starch and 5 kg of passion
fruit flour. Statistical analysis was performed with Design Expert 13 using ANOVA and
numerical optimization, while graphical representation was carried out with Statistica 10. The
results indicated an optimal formulation composed of 45.1% starch, 5.3% passion fruit flour,
and 49.7% water, achieving high hardness, low fracturability, and adequate physical
properties. Quadratic and linear models showed high reliability (R² > 0.90). It is concluded
that the combination of residual potato starch and passion fruit flour allows the production of
biodegradable trays with satisfactory mechanical and functional properties, representing a
viable and sustainable alternative to conventional plastic packaging.
Keywords: potato starch, agro-industrial waste, biodegradability, thermoforming,
sustainable packaging.
Publicado: 15/10/2025
Aceptado: 15/10/2025
Recibido: 09/09/2025
Open Access
Article scientific
https://doi.org/10.47422/jstri.v6i2.66
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INTRODUCCIÓN
En las últimas décadas, el incremento sostenido en la
producción y consumo de plásticos se ha convertido en uno
de los principales retos ambientales. Solo en 2022, la
producción mundial alcanzó aproximadamente 400
millones de toneladas, de las cuales cerca del 30% se
destinó a envases y embalajes, un sector en el que
predominan polímeros derivados del petróleo como el
polietileno (PE) y el polipropileno (PP) (Plastics Europe,
2023).
La acumulación de estos materiales genera graves
problemas ambientales, pues una gran proporción termina
en vertederos, incineradoras o, en el peor de los casos, en
ecosistemas terrestres y marinos. Su degradación
incompleta produce macro y microplásticos que se han
detectado en suelos, agua dulce, océanos e incluso en
cadenas alimentarias, representando riesgos potenciales
para la biodiversidad y la salud humana (Geyer et al.,2017;
Andrady, 2017; Zhang et al., 2022; Shen et al., 2023).
Frente a este panorama, la búsqueda de alternativas
sostenibles ha impulsado el desarrollo de biopolímeros y
materiales biodegradables de origen natural, que buscan
reemplazar o complementar a los plásticos convencionales
(Ribeiro et al., 2021). Estos materiales, al estar compuestos
de polisacáridos, proteínas y fibras, presentan la capacidad
de descomponerse en condiciones ambientales mediante la
acción de microorganismos, humedad y calor, reduciendo
significativamente su impacto ambiental (Emadian et al.,
2017). Paralelamente, se han establecido marcos
regulatorios que limitan el uso de plásticos de un solo uso
y fomentan el empleo de envases biodegradables.
En Perú, la Ley N.º 30884, promulgada en 2018, constituye
un hito en este proceso, ya que establece la prohibición
progresiva de bolsas plásticas y tecnopor (poliestireno
expandido), medidas que reflejan un compromiso con la
transición hacia una economía circular y el uso de
materiales sostenibles (Ministerio del Ambiente, 2021).
El almidón es considerado uno de los materiales más
prometedores para el desarrollo de envases biodegradables,
debido a su abundancia, bajo costo, capacidad de
gelatinización y propiedades filmogénicas (Sanyang et al.,
2021; Yildiz et al., 2022). Sin embargo, su uso aislado
puede presentar limitaciones, como fragilidad o alta
absorción de agua, por lo que su combinación con fibras y
otros aditivos de origen agroindustrial constituye una
estrategia eficaz para mejorar sus propiedades mecánicas y
de resistencia (Li et al., 2020; Bergel et al., 2017).
En este sentido, los subproductos agroindustriales ofrecen
una oportunidad doble: por un lado, aportar compuestos
funcionales (fibra, celulosa, proteínas) que mejoren las
propiedades de los biopolímeros; y por otro, valorizar
residuos que de otro modo serían desechados. Un ejemplo
de ello son las cáscaras de maracuyá, ricas en fibra dietética
y con potencial para la elaboración de materiales
biodegradables (Chauhan et al., 2021). Asimismo, los
almidones residuales de papa nativa, obtenidos tras
procesos de selección y comercialización, constituyen una
materia prima abundante en regiones altoandinas del Perú
que actualmente carece de un aprovechamiento industrial
adecuado. En este contexto, la presente investigación se
centra en la optimización de bandejas biodegradables
elaboradas a partir de almidón residual de papa (Solanum
tuberosum) y harina de residuos de maracuyá (Passiflora
edulis) mediante la técnica de termoformado. Se busca no
solo desarrollar un material alternativo a los envases
plásticos tradicionales, sino también promover el
aprovechamiento de materias primas locales de bajo costo,
integrando criterios de sostenibilidad, economía circular y
valorización de residuos agroindustriales.
METODOLOGÍA
2.1. Materiales y Reactivos
Se utilizó papa residual o rastrojo (20kg) se obtuvo de la
Asociación de productores y agropecuarios ecológico del
ingenio, en Huancayo del departamento de Junín. Los
residuos de maracuyá (50 kg) se obtuvieron del
subproducto del proceso de pulpa de maracuyá en una
agroexportadora en la Provincia de Casma en Ancash. El
procesamiento de las materias primas tuvo lugar en el
laboratorio de Microbiología y toxicología de productos
agroindustriales de la Escuela Profesional de Ingeniería
Agroindustrial de la Universidad Nacional del Santa, en
Chimbote, región Áncash, Perú.
2.2. Metodología para la obtención de almidón de papa
residual y harina de residuos de maracuyá
La obtención del almidón se presenta en la Figura 1a,
después de la selección continua el lavado de la papa
residual, seguido del pelado y troceado para retirar
impurezas. Luego, la papa se tritura y la suspensión
obtenida se deja sedimentar a 4 °C durante 24 horas para
separar el almidón. El sedimento se seca a 60 °C por igual
periodo, reduciendo la humedad y asegurando su
conservación. Posteriormente, se muele y tamiza con malla
de 300 µm para lograr un producto homogéneo.
La metodología de la obtención de harina de residuos de
maracuyá se presenta en la Figura 1b, consistió en ser
seleccionadas y lavadas para eliminar impurezas. Estas se
secan en estufa a 60 °C por 24 horas y luego se someten a
molienda. Finalmente, el material se tamiza (300 µm) para
uniformizar el tamaño de partícula.
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2.3. Producción de Bandejas
Se consideró 15 formulaciones distintas de almidón de
papa residual, harina de cáscara de maracuyá y agua
destilada, detallado en la Tabla 1. Se realizó el pesado en
la balanza analítica (OHAUS, modelo PX323); se
mezclaron los insumos (estearato de magnesio 6%, glicerol
7%, goma guar 1%) y las formulaciones con una batidora
manual (IMACO, HM 3025, Perú) buscando la
homogenización. El termoformado (Figura 1c) se realizó
empleando cerca de 80 gr de la mezcla homogénea, la cual
se prensó en una termoprensa (Reles, MS3 Digital, Perú) a
145 °C en la placa superior y 140 °C en la inferior, con un
tiempo de moldeo de 5,5 minutos. Las bandejas son
acondicionadas a temperatura ambiente (25 °C) y 75 % de
HR durante 72 hora para luego ser envasadas en bolsas de
polipropileno de alta densidad.
Figura 1
Proceso para la obtención de (a) almidón de residuo de papa, (b) harina de cáscara de maracuyá y (c) bandejas
biodegradables
2.4. Caracterización química de las materias primas
La caracterización química consistió principalmente en la
determinación del contenido de humedad (NTP 206.011)
utilizando el horno (INDULAB PERÚ, modelo 3511-1),
cenizas (AOAC 935.398) utilizando la mufla (THERMO
SCIENTIFIC) a 550° durante 6 horas y fibra utilizando el
método AOAC. 920.87 (AOAC, 2005a).
2.5. Caracterización de bandejas biodegradables
Las características de color se determinaron con un
colorímetro marca KONICA MINOLTA, modelo CR-400,
usando el método CIELAB (L*, a*, b*), L* luminosidad
(Negro 0/Blanco 100), a* (verde-/rojo+) y b* (azul-
/amarillo+). Minolta (1993). El análisis físico-mecánico de
las bandejas incluyeron distintas determinaciones.
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El espesor se registró con un micrómetro portátil
(Mitutoyo, numero147-106) con rango de medición: 0 - 5″.
La humedad se cuantificó por el método de secado en
horno, sometiendo 5 g de muestra molida a 105 °C durante
3 h. La densidad aparente (g/cm³) se calculó según el
procedimiento descrito por Aguirre et al. (2023), mientras
que la capacidad de absorción de agua se evaluó conforme
a la norma ABNT NBR NM ISO 535 (2014). Por su parte,
los ensayos de tracción y elongación se efectuaron con un
analizador de textura (TA. HD Plus; Stable Micro System,
Surrey, Reino Unido), siguiendo la norma ASTM D828 y
la metodología de Mello y Mali (2014). Finalmente, las
propiedades de dureza y fracturabilidad se determinaron
empleando el accesorio HDP/FSR integrado al mismo
equipo.
Tabla 1
Tratamientos del diseño de mezclas
Orden estándar
Almidón de papa
Harina de residuos de
maracuyá
Agua destilada
1
0.550179
0.0428402
0.406981
2
0.527732
0.044978
0.42729
3
0.452482
0.0439716
0.503546
4
0.452482
0.0439716
0.503546
5
0.452482
0.0439716
0.503546
6
0.412862
0.0552226
0.531915
7
0.373156
0.0666856
0.560159
8
0.550179
0.0428402
0.406981
9
0.506383
0.0468085
0.446809
10
0.506383
0.0468085
0.446809
11
0.506383
0.0468085
0.446809
12
0.412862
0.0552226
0.531915
13
0.412862
0.0552226
0.531915
14
0.373156
0.0666856
0.560159
15
0.373156
0.0666856
0.560159
2.6. Espectroscopía infrarroja por transformada de
Fourier (FTIR) y termogravimétrico (TG)
Las vibraciones moleculares de los compuestos presentes
en las bandejas se caracterizaron mediante espectroscopía
infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), empleando
un equipo Nicolet™ iS20 (Thermo Scientific, EE. UU.)
con accesorio de reflectancia total atenuada (ATR). El
análisis se efectuó en la región del infrarrojo medio,
comprendida entre 4000 y 500 cm⁻¹, utilizando una
resolución espectral de 4 cm⁻¹. El análisis
termogravimétrico (TGA) se llevó a cabo en atmósfera de
nitrógeno, calentando las muestras desde 30 hasta 700 °C a
una velocidad de 10 °C/min. Se registró la pérdida de masa
y la curva derivada (DTG) para identificar las etapas de
degradación térmica, siguiendo la metodología descrita por
Nurazzi et al. (2021).
2.7. Microscopía electrónica de barrido (MEB)
La morfología de las bandejas se examinó mediante
microscopía electrónica de barrido (SEM, Tescan VEGA-
3 LMU, República Checa), previo recubrimiento con una
fina capa de oro (~40–50 nm). Las muestras se fijaron en
soportes metálicos con cinta de doble cara y se analizaron
a 20 kV.
2.8. Análisis estadístico
El diseño fue experimental y se recurrió al diseño de
mezclas porque las variables independientes del estudio
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son proporciones de tres componentes que deben sumar 1,
se implementó en Design-Expert versión 13.
Se trabajó con 15 corridas aleatorizadas para garantizar
ajuste estadístico y estimación del error puro en los
modelos (ANOVA y ajuste de R² mostrados en el
documento).
Resultados y Discusión
3.1. Caracterización de materia prima
La Tabla 2 muestra la composición proximal del almidón
de papa residual y la harina de cáscaras de maracuyá. El
almidón presentó bajo contenido de humedad (10.12%),
grasa (0.07%) y cenizas (0.44%), además de un alto nivel
de carbohidratos (89.14%), semejante al 85% reportado por
Ambigaipalan et al. (2019), características que confirman
su pureza y capacidad filmógena (Ovando-Martínez et al.,
2021; Singh et al., 2019). En la harina de maracuyá destacó
el elevado contenido de fibra dietética (66.15%) y un
menor porcentaje de carbohidratos (31.33%), en
concordancia con lo reportado en otros subproductos
agroindustriales (Hernández et al., 2020). Esta
composición le confiere propiedades de refuerzo
estructural y mejora de la biodegradabilidad del material.
Ambos componentes ofrecen un perfil complementario: el
almidón como matriz formadora y la fibra de maracuyá
como refuerzo, lo que sustenta su potencial en la
elaboración de bandejas biodegradables.
Tabla 2
Composición proximal del almidón de papa nativa y harina de cascara de maracuyá. (g/100g)
Almidón de papa residual
Harina de cáscaras de maracuyá
Humedad (%)
10.12 ± 0.211
11.13 ± 0.10
Grasa (%)
0.07 ± 0.03
0.57 ± 0.04
Cenizas (%)
0.44 ± 0.04
0.54 ± 0.01
Fibra dietética total (%)
3.18 ± 0.01
66.15 ± 0.02
Carbohidratos (%)
89.14 ± 0.09
31.33 ± 0.29
3.2. Caracterización de bandejas biodegradables
3.2.1. Propiedades físicas
Los parámetros de color de las bandejas (L*, a*, b*, C*)
variaron significativamente con la proporción de harina de
cáscara de maracuyá en las formulaciones (p < 0.05). El
aumento de fibra redujo los valores de luminosidad (L* =
57–63) (Tabla 3) y elevó los parámetros a* y b*, generando
tonalidades más oscuras y amarillas conforme aumentan
las concentraciones de los residuos de maracuyá, debido a
la existencia de pigmentos naturales en su matriz. (Figura
2). Este comportamiento se relaciona con la presencia de
compuestos fenólicos, carotenoides y flavonoides propios
de la cáscara de maracuyá, en concordancia con lo
reportado por Cazón et al. (2017). La mayor saturación del
color (C* = 79-83) en formulaciones con mayor fibra
refuerza la hipótesis de que los pigmentos vegetales actúan
como moduladores cromáticos de la matriz amilácea
(Shafiei et al., 2021).
La Tabla 4 muestra el análisis físico de las bandejas
biodegradables. La densidad aparente osciló entre 0.21 y
0.48 g/cm³, las formulaciones con mayor contenido de fibra
presentaron densidades más elevadas, al restringir la
expansión de la matriz, mientras que aquellas con mayor
proporción de almidón fueron más porosas.
Tabla 3
Parámetros de color promedio L*, a*, b* y diferencial d color
Tratamientos
L*
a*
b*
COLOR
T1
72.05
1.43
11.48
82.9
T2
72.15
1.47
11.44
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T3
64.66
2.56
16.2
79.1
T4
64.91
2.35
16
79.21
T5
63.58
2.55
16.28
82.68
T6
57.31
2.8
15.74
81.1
T7
63.5
3.13
16.43
79.88
T8
71.69
1.48
11.59
79.01
T9
64.08
3.09
16.07
82.72
T10
63.35
2.9
15.96
79.7
T11
62.99
2.92
16.45
79.93
T12
57.44
2.66
14.43
81.02
T13
62.53
2.88
14.96
79.91
T14
61.36
2.9
16.25
81.64
T15
58.57
3.26
16.78
79.12
Tabla 4
Propiedades Físicas de las bandejas biodegradables
Formulación
Densidad (g/cm3)
Espesor (mm)
Humedad (%)
Capacidad de absorción de agua (%)
1
0.21
2.5
6.22
65.18
2
0.22
2.48
6.34
66.8
3
0.4
2.23
7.24
60.48
4
0.4
2.31
7.05
68.86
5
0.39
2.18
7.14
66.94
6
0.46
2.44
7.32
58.26
7
0.42
2.61
8.14
36.5
8
0.24
2.53
6.28
66
9
0.41
2.1
7.72
46.19
10
0.42
2.01
7.38
52.09
11
0.38
2.18
7.55
47.45
12
0.45
2.42
7.23
61.37
13
0.48
2.53
7.28
62.48
14
0.45
2.73
7.14
37.61
15
0.41
2.55
7.64
35.62
Los valores del espesor de las bandejas variaron entre 2.01
y 2.73 mm. Se observó una tendencia a espesores mayores
en formulaciones con más fibra, atribuida a la acción de la
lignocelulosa como refuerzo estructural que limita la
expansión homogénea. Resultados similares han sido
reportados en bandejas con residuos agroindustriales por
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Mello & Mali (2014) y Ferreira et al. (2020). El contenido
de humedad se ubicó entre 6.22 y 8.14%, valores que se
encuentran dentro de lo señalado por Aguirre et al. (2023)
(5.65–9.94%). El incremento de fibra favoreció una ligera
retención hídrica, en línea con lo reportado en matrices
lignocelulósicas.
El comportamiento de la capacidad de absorción de agua
no fue lineal respecto al contenido de fibra (35.62 a
68.86%), lo que evidencia la influencia tanto de la
composición química (celulosa, hemicelulosa, lignina)
como de la microestructura final. Mientras algunas
formulaciones con fibras hidrofílicas favorecieron una
mayor absorción, otras con mayor proporción de
compuestos lignificados mostraron reducciones. Esta
dualidad coincide con lo descrito por Machado et al. (2020)
y Cruz-Tirado et al. (2019), quienes señalan que la
interacción entre almidón, tipo de fibra y condiciones de
procesamiento determina la magnitud de esta propiedad.
Figura 2
Bandejas Biodegradables elaboradas con almidón de papa residual y harina de residuos de maracuyá.
Tabla 5
Propiedades mecánicas de las bandejas biodegradables
Formulación
Dureza (N)
Fracturabilidad (mm)
Resistencia a la
tracción (Mpa)
Elongación (%)
1
84.63
2.14
4.11
1.73
2
90.13
1.99
3.73
1.94
3
57.86
2.42
3.1
1.83
4
63.84
2.64
3.04
2.11
5
56.09
2.71
2.68
2.11
6
61.33
3.25
3.3
2.25
7
50.66
3.2
2.82
1.79
8
79.43
1.88
3.61
2
9
84.53
2.76
3.83
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10
90.71
2.83
3.5
1.89
11
81.4
2.51
2.84
1.63
12
60.1
2.93
3.14
1.93
13
54.9
3.16
2.62
1.86
14
47.46
3.29
2.21
1.45
15
52.41
2.99
2.94
1.85
Tabla 6
Restricciones del procedimiento de optimización numérica
Factor/Respuesta
Objetivo
LI
LS
PI
PS
Importancia
A: Almidón de papa
en rango
0.37
0.55
1
1
3
B: Harina de
residuos de
maracuyá
en rango
0.04
0.07
1
1
3
C: Agua
en rango
0.4
0.56
1
1
3
Dureza
maximizar
47.46
90.71
1
1
3
Fracturabilidad
en rango
1.88
3.29
1
1
3
L
ninguno
57.31
72.15
1
1
3
a
ninguno
1.43
3.26
1
1
3
b
ninguno
11.44
16.78
1
1
3
Densidad
ninguno
0.21
0.48
1
1
3
Espesor
ninguno
2.01
2.73
1
1
3
Humedad
ninguno
6.22
8.14
1
1
3
Capacidad de
absorción de agua
ninguno
35.62
68.86
1
1
3
Resistencia a la
tracción
en rango
2.21
4.11
1
1
3
Elongación
ninguno
1.45
2.25
1
1
3
3.2.2. Propiedades mecánicas
La Tabla 5 muestra las propiedades mecánicas de las
bandejas biodegradables. Los valores de dureza variaron
entre 47.5 y 90.7 N, observándose que las formulaciones
con mayor contenido de almidón alcanzaron los valores
más altos, mientras que aquellas con mayor proporción de
harina de maracuyá presentaron una reducción
significativa (p < 0.05). Esta tendencia sugiere que las
fibras interrumpen la continuidad de la matriz gelatinizada,
disminuyendo la resistencia inicial, en concordancia con lo
señalado por Cazón et al. (2017). Las bandejas presentaron
fracturabilidad entre 1.88 y 3.29 mm, las que mostraron
mayor dureza se fracturaron a menores desplazamientos,
mostrando un carácter más frágil, mientras que las de
mayor contenido de harina de maracuyá presentaron mayor
deformación antes de la ruptura. Este comportamiento
refleja el efecto de la fibra insoluble como refuerzo rígido,
pero con baja cohesión con el almidón, fenómeno
previamente reportado por Hernández et al. (2020) y
Pereda et al. (2011). Respecto a la resistencia a la tracción,
los tratamientos evaluados alcanzaron fuerzas entre 15 y 30
N antes de la fractura. El control mostró la mayor
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resistencia, atribuida a la homogeneidad de la matriz rica
en almidón, mientras que el incremento de harina redujo la
cohesión y, en consecuencia, la resistencia máxima, lo que
coincide con lo observado por Souza et al. (2020). La
elongación se situó entre 1.45 y 2.25 mm, con mayores
valores en bandejas con alto contenido de almidón y una
disminución progresiva al aumentar la fibra, en línea con
lo reportado por Ochoa-Yepes et al. (2019). Los resultados
confirman que la harina de maracuyá actúa como agente de
rigidez y refuerzo estructural, aunque compromete la
resistencia y la elasticidad del material.
La formulación óptima requiere un balance entre ambos
componentes, tal como sugieren Müller et al. (2022), con
el fin de obtener bandejas biodegradables que combinen
resistencia, rigidez y flexibilidad.
Con las restricciones del procedimiento de optimización
numérica (Tabla 6) se determinó que las condiciones
óptimas eran 45.1% de almidón de papa, 5.3% de harina de
residuos de maracuyá y 49.7% de agua (deseabilidad igual
a 1.00). Y, en peso seco, 89.5% de almidón de papa y
10.5% de harina de residuos de maracuyá. Los modelos de
predicción y las superficies de respuesta se generaron
mediante el software Design Expert, han permitido
reconocer claramente el punto óptimo de formulación.
3.2.3. Vibración molecular
El análisis FTIR de las bandejas biodegradables elaboradas
con almidón de papa residual y harina de cáscara de
maracuyá permitió identificar las principales bandas de
absorción asociadas a los grupos funcionales presentes en
la matriz (Figura 3), el análisis se realizó al tratamiento
optimo. Se observaron señales intensas en la región de
3200–3400 cm⁻¹, atribuidas al estiramiento O–H de grupos
hidroxilo característicos de los polisacáridos. La mayor
intensidad registrada en los tratamientos con niveles altos
de harina de maracuyá indica la presencia adicional de
compuestos fenólicos y celulósicos, los cuales refuerzan la
contribución de la fibra a la estructura de la matriz (Zhang
et al., 2020). En el intervalo de 2920–2850 cm⁻¹ se
identificaron vibraciones de estiramiento C–H, propias de
enlaces alifáticos, que confirman la incorporación de
componentes lignocelulósicos de la cáscara (Souza et al.,
2021). Asimismo, la banda ubicada en torno a 1640 cm⁻¹
se asocia a vibraciones de agua fuertemente enlazada y a
grupos carbonilo (C=O), vinculados tanto a los
polisacáridos como a posibles compuestos bioactivos
residuales. Este comportamiento concuerda con lo
señalado por Jiménez et al. (2019), quienes reportaron que
la adición de fibras vegetales en matrices amiláceas genera
señales adicionales en esta región espectral. Se detectaron
picos en la zona de 1050–1020 cm⁻¹, característicos de las
vibraciones de estiramiento C–O y C–O–C en
carbohidratos, lo que confirma la naturaleza polisacarídica
de la matriz y la interacción entre almidón y fibra. Esta
combinación de bandas evidencia que la harina de
maracuyá no solo aporta refuerzo estructural, sino que
también introduce variaciones químicas que pueden
modificar la cohesión de la matriz. Los resultados muestran
que la incorporación de residuos de maracuyá imprime una
huella espectroscópica distintiva en las bandejas,
reflejando la coexistencia de fases amiláceas y
lignocelulósicas. Esta información es clave para
comprender los cambios moleculares inducidos por la
adición de fibra y su impacto en las propiedades finales del
material biodegradable.
Figura 3
Espectros vibracionales moleculares medidos en FTIR para la bandeja biodegradable Optimo.
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Figura 4
Curvas de análisis termogravimétrico (TGA) y derivada termogravimétrica (DTG) de la bandeja biodegradable optimo
elaborada a partir de almidón residual y harina de cáscara de maracuyá.
Figura 5
Micrografías obtenidas por MEB para la bandeja biodegradable optimo
3.2.4. Termogravimetría TGA
El análisis termogravimétrico (TGA) mostró un
comportamiento térmico típico de matrices amiláceas
reforzadas con fibra. Se identificaron tres etapas
principales de pérdida de masa (Figura 4). La primera,
entre 50 y 150 °C, representó una pérdida del 12,25 %,
asociada a la eliminación de humedad y agua débilmente
ligada (Sanyang et al., 2021). La segunda etapa, entre 250
y 350 °C, correspondió a la degradación de polisacáridos
(amilosa, amilopectina) y hemicelulosas, con una pérdida
del 70,42 %, siendo esta la fase de descomposición térmica
más significativa. A temperaturas superiores a 400 °C se
evidenció la degradación de celulosa y lignina, generando
un residuo final del 15,03 %, atribuible a fracciones
lignocelulósicas térmicamente estables. La curva DTG
confirmó estos eventos térmicos, mostrando picos
máximos en torno a 310 °C en las formulaciones con mayor
contenido de almidón (T1, T2, T8), y un desplazamiento
hacia 320–330 °C en aquellas con mayor proporción de
harina de maracuyá (T6, T7, T14, T15), lo que evidencia el
efecto estabilizante de la fibra sobre la matriz polimérica.
Este comportamiento concuerda con lo reportado por
Pereda et al. (2011) y Shafiei et al. (2021), quienes destacan
la mejora en la resistencia térmica de biopolímeros al
incorporar refuerzos lignocelulósicos.
3.2.4. Análisis morfológico
Los resultados del análisis MEB correspondientes al
tratamiento óptimo (Figuras 5) revelaron una superficie
relativamente homogénea y continua, con presencia
limitada de poros y fisuras. Esta morfología compacta
concuerda con lo señalado por Cazón et al. (2017), quienes
destacan que matrices basadas en almidón tienden a formar
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estructuras densas debido a la gelatinización y
retrogradación de sus cadenas, favoreciendo la cohesión
interna y la resistencia mecánica. Asimismo, se observaron
partículas fibrosas dispersas dentro de la matriz, atribuibles
a los componentes lignocelulósicos de la harina de cáscara
de maracuyá, lo cual indica una integración parcial entre
las fases amilácea y fibrosa. Esta compatibilidad relativa ha
sido reportada por Shafiei et al. (2021) como un factor que
contribuye al aumento de rigidez sin comprometer la
estructura general. En algunas zonas se identificaron
microgrietas y cavidades superficiales, posiblemente
generadas por tensiones internas durante el secado y el
termoformado. Estas discontinuidades actúan como puntos
de iniciación de fractura y pueden incrementar la
permeabilidad del material, tal como describen Ochoa-
Yepes et al. (2019) y Müller et al. (2022). No obstante,
desde una perspectiva ambiental, esta porosidad puede
favorecer la biodegradabilidad al facilitar la penetración de
agua y microorganismos en la matriz. El análisis MEB del
tratamiento óptimo confirma una microestructura
equilibrada, donde la matriz de almidón de papa residual
aporta cohesión estructural y la harina de cáscara de
maracuyá introduce refuerzo fibroso y rugosidad
controlada, en coherencia con las propiedades mecánicas y
térmicas previamente evaluadas.
Conclusiones
La investigación confirmó la viabilidad de elaborar
bandejas biodegradables a partir de almidón de papa
residual y harina de residuos de maracuyá mediante
termoformado. La caracterización fisicoquímica de las
materias primas y la aplicación del diseño de mezclas
permitieron establecer la formulación óptima (45.1% de
almidón, 5.3% de harina de maracuyá y 49.7% de agua),
que alcanzó propiedades mecánicas y funcionales
adecuadas, destacando su alta dureza, baja fracturabilidad
y buena resistencia estructural.
El estudio aporta evidencia científica y práctica sobre el
aprovechamiento de subproductos agroindustriales en la
producción de empaques biodegradables, sentando bases
para futuras investigaciones orientadas a optimizar su
desempeño en condiciones de uso real y explorar su
aplicabilidad en la industria alimentaria y no alimentaria.
Referencias Bibliográficas
Aguirre, E., Domínguez, J., Villanueva, E., Ponce-
Ramírez, J. A., Arévalo-Oliva, M. de F., Siche, R.,
González-Cabeza, J., & Rodríguez, G. (2023).
Biodegradable trays based on Manihot esculenta
Crantz starch and Zea mays husk flour. Food
Packaging and Shelf Life, 38, 101129.
https://doi.org/10.1016/j.fpsl.2023.101129
Aguirre, E., Domínguez, J., Villanueva, E., Ponce-
Ramírez, J. A., Arévalo-Oliva, M. de F., Siche, R.,
González-Cabeza, J., & Rodríguez, G. (2023).
Biodegradable trays based on Manihot esculenta
Crantz starch and Zea mays husk flour. Food
Packaging and Shelf Life, 38, 101129.
https://doi.org/10.1016/j.fpsl.2023.101129
Ambigaipalan, P., Hoover, R., Donner, E., & Liu, Q.
(2019). Starch characteristics and properties of potato
varieties. Carbohydrate Polymers, 211, 304–313.
https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.02.081
Andrady, A. L. (2017). The plastic in microplastics: A
review. Marine Pollution Bulletin, 119(1), 12–22.
https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2017.01.082
Bergel, BF, da Luz, LM y Santana, RMC (2017). Estudio
comparativo de la influencia del quitosano como
recubrimiento de espuma termoplástica de almidón de
papa, yuca y maíz. Prog Org Coat , 106 , 27-32.
https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2017.02.010
Cazón, P., Vázquez, M., & Velazquez, G. (2017).
Biodegradable films based on starch and cellulose
nanocrystals for food packaging applications. Food
Hydrocolloids, 77, 51–61.
https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2017.09.003
Chauhan, V., Jaiswal, A. K., & Jaiswal, S. (2021).
Nutritional composition and bioactive compounds of
passion fruit peel: A review. Journal of Food Science
and Technology, 58(9), 3293–3302.
https://doi.org/10.1007/s13197-020-04855-3
Cruz-Tirado, J. P., Vejarano, R., Tapia-Blácido, D. R.,
Barraza-Jáuregui, G., & Siche, R. (2019).
Biodegradable foam tray based on starches isolated
from different Peruvian species. International Journal
of Biological Macromolecules, 125, 800–807.
https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.12.111
Demirel, B. (2017). Biodegradación de bioplásticos en
entornos naturales. Waste Management, 59 , 526-536.
https://doi.org/10.1016/j.wasman.2016.10.006
Ferreira, D. C. M., Molina, G., & Pelissari, F. M. (2020).
Biodegradable trays based on cassava starch blended
with agroindustrial residues. Composites Part B:
Engineering, 183, 107682.
https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.107682
Geyer, R., Jambeck, J. R., & Law, K. L. (2017).
Production, use, and fate of all plastics ever made.
Science Advances, 3(7), e1700782.
https://doi.org/10.1126/sciadv.1700782
Hernández, J., Silva, C., & Paredes, J. (2020). Dietary fiber
and functional properties of passion fruit peel. Journal
of Food Processing and Preservation, 44(7), e14456.
https://doi.org/10.1111/jfpp.14456
Jiménez, G. A., Miranda, B., & Moya, G. (2024).
Producción de plástico biodegradable a base de
almidón de yuca mediante formulación con
Journal of Scientific and Technological Research
Industrial
ISSNe: 2961-211X
PROF-JSTRI-V-00
Vol. 6 N.º 2
(July - December, 2025)
Página 34 de 34
Journal of Scientific and Technological Research Industrial
plastificantes. Revista Ingeniería de Materiales, 18(1),
23-34. https://doi.org/10.15517/ri.v35i1.59540
Li, S., Wang, Y., Xu, W. y Shi, B. (2020). Elastómero a
base de caucho natural reforzado con fibras de
colágeno de cuero multiescala modificadas
químicamente con excelente tenacidad. ACS
Sustainable Chemistry & Engineering, 8(13), 5091-
5099.
https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.9b07078
Machado, C. M., Benelli, P., & Tessaro, I. C. (2020). Study
of interactions between cassava starch and peanut skin
on biodegradable foams. International Journal of
Biological Macromolecules, 147, 1343–1353.
https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2019.10.098
Mello, L. R. P. F., & Mali, S. (2014). Use of malt bagasse
to produce biodegradable baked foams made from
cassava starch. Industrial Crops and Products, 55,
187–193.
https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2014.02.015
Müller, G. A., Asthana, A., & Rubin, S. M. (2022).
Structure and function of MuvB complexes.
Oncogene, 41(21), 2909–2919.
https://doi.org/10.1038/s41388-022-02321-x
Nurazzi, N. M., Asyraf, M. R. M., Khalina, A., Abdullah,
N., Sabaruddin, F. A., Aisyah, H. A., ... & Lee, C. H.
(2021). Thermogravimetric Analysis Properties of
Cellulosic Natural Fiber Polymer Composites: A
Review on Influence of Chemical Treatments.
Polymers, 13(16), 2710.
https://doi.org/10.3390/polym13162710
Ochoa-Yepes, O., Di Giogio, L., Goyanes, S., Mauri, A., &
Famá, L. (2019). Influence of processing
(extrusion/thermocompression, casting) and lentil
protein content on the physicochemical properties of
starch films. Carbohydrate Polymers, 208, 221–231.
https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2018.12.030
Ovando-Martínez, M., Bello-Pérez, L., & Agama-
Acevedo, E. (2021). Propiedades fisicoquímicas de
almidones nativos de tubérculos. Journal of Applied
Polymer Science, 138(12), 502–512.
Pereda, M., Amica, G., & Marcovich, N. E. (2011).
Development and characterization of starch–based
biocomposites reinforced with natural fibers.
Carbohydrate Polymers, 86(1), 329–336.
https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2011.04.044
Pereda, M., Amica, G., & Marcovich, N. E. (2011).
Development and characterization of starch–based
biocomposites reinforced with natural fibers.
Carbohydrate Polymers, 86(1), 329–336.
https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2011.04.044
Ribeiro, D. S., dos Santos, J. A. B., & de Carvalho, R. A.
(2021). Biodegradable films and coatings based on
starch: State of the art and future perspectives.
Polysaccharides, 2(1), 10–31.
https://doi.org/10.3390/polysaccharides2010002
Sanyang, M. L., Sapuan, S. M., Jawaid, M., Ishak, M. R.,
& Sahari, J. (2021). Development and characterization
of biodegradable starch-based composite films
reinforced with sugar palm fibres. Food Packaging
and Shelf Life, 28, 100639.
https://doi.org/10.1016/j.fpsl.2021.100639
Sanyang, M. L., Sapuan, S. M., Jawaid, M., Ishak, M. R.,
& Sahari, J. (2021). Development and characterization
of biodegradable starch-based composite films
reinforced with sugar palm fibres. Food Packaging
and Shelf Life, 28, 100639.
https://doi.org/10.1016/j.fpsl.2021.100639
Shafiei, F. et alii. (2021). Fracture resistance of
endodontically treated premolars restored with bulk-
fill composite resins: The effect of fiber
reinforcement, Dental Research Journal, 18(60), pp. 1-
8.
Shen, M., Zeng, Z., Song, B., Yi, H., Hu, T., Zhang, Y., &
Chen, M. (2023). Microplastics in the food chain: A
review on potential health risks. Science of the Total
Environment, 865, 161075.
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.161075
Souza, F., Almeida, J., & Santos, L. (2021). Structural and
thermal properties of passion fruit peel flour.
International Journal of Food Properties, 24(1), 1123–
1135.
https://doi.org/10.1080/10942912.2021.1923342
V& Chen, M. (2023). Microplastics in the food chain: A
review on potential health risks. Science of the Total
Environment, 865, 161075.
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.161075
Yildiz, G., Tulay, E., & Turhan, K. N. (2022). Recent
advances in starch-based biodegradable materials for
food packaging. Carbohydrate Polymers, 291,
119592.
https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.119592
Zhang, B., Li, X., & Xie, F. (2020). Recent advances in
starch-based composites reinforced with plant-derived
fibers: Structure, properties and applications.
Carbohydrate Polymers, 239, 116230.
https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.116230
Zhang, B., Li, X., & Xie, F. (2020). Recent advances in
starch-based composites reinforced with plant-derived
fibers: Structure, properties and applications.
Carbohydrate Polymers, 239, 116230.
https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.116230
